ES2275112T3 - Procedimiento para la refrigeracion o el calentamiento de flujos de material, especialmente de lodos de depuracion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la refrigeración o el calentamiento cuidadoso de lodos de depuración, los lodos de depuración se ponen en contacto con productos auxiliares transportados en un circuito, caracterizado porque, mediante la utilización de un medio de transporte, los lodos de depuración junto con los productos auxiliares añadidos pasan por una vía de transporte, los lodos de depuración y los productos auxiliares se reagrupan continuamente y se entremezclan durante el transporte para el intercambio de calor, y dichos productos auxiliares se separan de los lodos de depuración después de pasar por la vía de transporte, se regeneran y se devuelven al circuito.

Description

Procedimiento para la refrigeración o el calentamiento de flujos de material, especialmente de lodos de depuración.

La presente invención trata de un procedimiento para la refrigeración de flujos de material o para el calentamiento cuidadoso de flujos de material sensibles al calor, especialmente de lodos de depuración, por el que el flujo de material transportado a través de una instalación de intercambio térmico se pone en contacto con superficies de intercambio térmico en la instalación del intercambiador de calor.

Antes o después del proceso térmico, en el que se trata un material, se requiere la refrigeración o el calentamiento uniforme y rápido de éste para poder mantener las condiciones marginales del proceso tecnológico del tratamiento del material o del manejo del proceso térmico. Como ejemplo, puede servir el secado de lodos de depuración a temperaturas altas. Después del secado, debe controlarse el producto seco y enfriarse uniformemente con el fin de impedir una inflamación espontánea de los lodos de depuración inflamables. Esto puede llevarse a cabo mediante tonillos sin fin de refrigeración que dispongan de una tolva de doble pared, por la que pase el medio de refrigeración. Para aumentar la superficie de refrigeración, suelen crearse también espiras de tornillo sin fin de doble pared, por las que pasa, además de por el árbol de tornillo sin fin, el medio de refrigeración. A pesar del gran esfuerzo, no suele ser posible, sobre todo, con diferencias de temperatura bajas, tratar el producto que vaya a refrigerarse de manera uniforme y en un trayecto corto. El tornillo sin fin de refrigeración no puede protegerse del fuerte efecto abrasivo de los lodos de depuración secos a través de las chapas de desgaste colocadas en el interior, ya que, en el caso contrario, la transmisión de calor podría verse considerablemente afectada. Las cabezas de unión articuladas para introducir el medio de refrigeración en el árbol y la tolva del tornillo sin fin son costosas y presentan un punto débil susceptible. El deficiente grado de rendimiento de la transmisión de calor requiere un gran caudal volumétrico de medio de refrigeración para conseguir el efecto de refrigeración deseado.

Sin embargo, en parte también resulta un problema la transmisión de calor a un flujo de material sensible al calor, cuando, por ejemplo, ésta llega a emplearse para el calentamiento durante el secado. Pueden producirse, sobre todo, problemas del tipo de ingeniería de protección contra incendios y contra explosiones, por ejemplo, debido a un levantamiento de polvo y/o una inflamación espontánea.

La función de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento para la modificación de la temperatura específica de flujos de material, con el que se eviten las desventajas descritas anteriormente: Aparatos grandes y costosos, en los que, por un lado, el producto debe ponerse en contacto obligatoriamente con superficies transmisoras estacionarias para la intensificación del intercambio de calor deficiente, donde, con frecuencia, las consecuencias son el deterioro mecánico de las piezas del flujo de material y el aumento de desgaste en el aparato de transmisión de calor, por otra parte, los grandes flujos de líquido que deben hacerse circular consumiendo energía, y deben solucionarse los problemas de ingeniería de protección contra incendios y contra explosiones.

Según la invención, se consigue la modificación de la temperatura del flujo de material utilizando un producto auxiliar que se pone en contacto intenso con el flujo de material, se intercambia con este calor en el tiempo de espera que debe asignarse y, de este modo, se obtiene la modificación de la temperatura que es objetivo. A continuación, se separa del producto el elemento auxiliar. Esto es especialmente conveniente cuando el producto auxiliar puede calentarse o refrigerarse de manera considerablemente más económica o considerablemente menos cuidadosa que el mismo producto. El producto auxiliar es, por regla general, un producto a granel fijo que se diferencia del material del flujo de material, en especial, por el tamaño de cada pieza. Así se consigue que este producto auxiliar pueda separarse ligeramente del flujo de material que debe tratarse. Según la invención, puede emplearse un término muy amplio para producto auxiliar: Por un lado, debe entenderse un conjunto clásico de piezas a partir de un material uniforme microscópicamente con una distribución del tamaño de las piezas que se obtiene, por ejemplo, mediante el proceso de triturado y filtrado o peletización, como la gravilla de roca; por otro lado, cierta cantidad de cuerpos moldeados que pueden ser homogéneos, también no homogéneos e incluso estructurados, por ejemplo, los cuerpos huecos metálicos de la misma clase que pueden rellenarse con un líquido. El flujo másico y la temperatura del producto auxiliar se ajusta en función del flujo de material que debe tratarse, la temperatura deseada y el parámetro de transmisión de calor y de material termodinámico. El material auxiliar se conduce generalmente al circuito y, a continuación, se regenera. Si sólo se pretende calentar o refrigerar el flujo de material que debe tratarse, entonces el flujo de material y el producto auxiliar se elaboran cada uno, de modo que no reaccionen químicamente entre sí. En este caso, el intercambio simplemente se produce mediante la transmisión de calor conductiva-convectiva entre el flujo de material que debe tratarse y el material auxiliar. Por lo tanto, la inclinación impulsora será sólo la diferencia de la temperatura entre el flujo de material y el producto auxiliar.

En desmoldes especiales de la invención, también pueden surtir efecto otros efectos físicos o químicos que, por un lado, intensifican la transmisión de calor y, por otro lado, también pueden conseguir los efectos acompañantes deseados: De este modo, el producto auxiliar puede estar formado por pequeños cuerpos huecos ("heat pipes") que se rellenan con un líquido ligeramente hirviendo, que se evapora al refrigerar el producto y se vuelve a condensar al regenerar el producto auxiliar. Otros ejemplos son la utilización de calor de hidratación de minerales y también la absorción o desorción de agua en zeolitas. En estos casos, todavía tiene lugar otro intercambio de material deseado para el intercambio de calor.

Resulta ventajoso la superficie grande que siempre vuelve a regenerarse y que surte efecto en la transmisión de calor según la invención, la posibilidad de un tratamiento mecánico extremadamente cuidadoso del flujo de material que debe tratarse, así como la estructura sencilla del aparato completo (véase la ilustración).

El flujo de material que debe tratarse, material A, se suministra a un aparato de transmisión de calor 1, en el que ya se colocó previamente el producto a granel mencionado, es decir, el producto auxiliar acondicionado F. La función del aparato 1 es, además de poner en contacto los flujos A y F, comprobar que los flujos que entraron en contacto entre sí pasaron el tiempo de espera suficiente, de modo que se produzca el intercambio de calor deseado. Aquí se presupone que el aparato 1 se crea normalmente como un aparato de transporte apropiado.

Sin embargo, puede ser conveniente en ciertas ocasiones disponer primero el flujo de material que debe tratarse y, a continuación, añadir el producto auxiliar. Esto depende del comportamiento del flujo de material en los cambios de temperatura y en las diferencias de concentración (pegado, arrugado, etcétera).

En el trayecto hacia la posición de extracción durante el transporte dentro del aparato 1, la mezcla del material A y el producto auxiliar F se optimiza en función del estado objetivo de A, esto es, que sirva para un tratamiento mecánico específico de A, por ejemplo, extremadamente cuidadoso, con una maximización simultánea de la transmisión de calor entre A y F. Por ejemplo, en un tornillo sin fin de doble curso se mantiene una mezcla intensa y permanente, donde, sin embargo, el material A se muele eventualmente, mientras que, en una cinta transportadora muy larga, una mezcla es mínima, pero, por tanto, A se cuida de una manera especial. Una forma de mezcla es, por ejemplo, la cascada de cintas transportadoras, en la que se logra, en cierto modo, un efecto "atizador" para una intensificación de la transmisión de calor en la descarga de una cinta a la siguiente, mientras que sólo aquí, si acaso, el material A se somete a esfuerzos mecánicos.. En cualquier caso, se consigue un intercambio de calor sobre la superficie de contacto relativamente grande entre el producto auxiliar y el material hasta que se ajuste la temperatura final deseada. Con esta temperatura, el producto B, que se obtuvo a partir de A mediante un tratamiento junto con F en el aparato 1, abandona el aparato de transmisión de calor 1, donde el producto auxiliar E obtenido a partir de F mediante el calentamiento o la refrigeración puede separarse, de una manera suficientemente limpia, del producto B mediante un dispositivo de separación (criba) a través de la fuerte diferencia del tamaño de las piezas o del estado de los agregados. El producto auxiliar E abandona al final el aparato de transmisión de calor y se envía al aparato de acondicionamiento 3, donde se lleva otra vez a la temperatura necesaria mediante la refrigeración o el calentamiento, por ejemplo, con un medio de refrigeración/calentamiento C. Si A y F reaccionan entre sí químicamente, también está prevista una regeneración química en el aparato 3. Después se transporta el producto auxiliar del aparato de transporte 2 a la entrada del aparato de transmisión de calor 1. Con frecuencia, puede combinarse entre sí el aparato de transporte 2 y el acondicionamiento 3, por ejemplo, diseñando 2 como una criba transportadora, por la que circula el medio de refrigeración o calentamiento en corriente transversal hacia la dirección de transporte. El medio de refrigeración/calentamiento C se dirige al aparato de acondicionamiento 3 y, después de que el producto auxiliar se llevó a la temperatura necesaria, abandona el aparato en el estado D. En caso necesario, el medio de refrigeración/calentamiento también se conduce al circuito y se lleva al estado de entrada C a través del aparato de refrigeración/calentamiento.

A continuación, se describe un ejemplo para la refrigeración de lodos de depuración secos térmicamente, en los que los lodos de depuración caliente con una temperatura superior a 120ºC se descargan en una espiral de transporte habitual provista de una protección de desgaste y con un diámetro normal. En la espiral de transporte, se coloca grava de cuarzo con un diámetro de grano superior a 20 mm que se refrigeró a 20ºC aproximadamente. Durante el transporte, los lodos de depuración se refrigeran reagrupándolos y mezclándolos con las piezas de grava de cuarzo a una temperatura no crítica de 80ºC. Si se utiliza un calor específico de 0,8 kJ/kgK aprox. para los lodos de depuración secos, una capacidad térmica de 1 kJ/kgK para los balastos, entonces la cantidad de grava mínima que debe utilizarse es el 80% respecto al flujo másico de lodos de depuración secos. Con el fin de maximizar la superficie de intercambio, puede resultar ventajoso aumentar el flujo volumétrico del producto auxiliar. Al final de la espiral de transporte, los lodos de depuración se descargan a través de una placa ranurada, cuya ranura presenta 10 mm de ancho, para continuar el transporte. La grava de cuarzo sigue transportándose y, al final de la espiral transportadora, se descarga en un baño de agua. Allí la grava de cuarzo desciende a una cinta de galerías que la extrae del baño de agua. En el trayecto, la grava caliente suministra calor al agua y vuelve a refrigerarse a la temperatura inicial como se nombró anteriormente. Con el fin de apoyar este proceso, la grava puede seguir enfriándose de manera intensiva, después de abandonar el baño de agua, pulverizándola con agua fría y después secándola por soplado mediante un ventilador. A continuación, la grava fría se coloca de nuevo en la espiral transportadora.

No sólo es posible la refrigeración de un producto mediante este proceso, sino que también puede conseguirse el calentamiento de un producto más fácil y homogéneamente. De este modo, a través de la transmisión de calor según la invención, por ejemplo, los lodos de depuración, que se secaron a temperatura baja de manera cuidadosa y sin necesidad de un tratamiento de escape de aire, pueden llevarse rápidamente a temperaturas, por ejemplo, superiores a 80ºC y mantenerse mezclados durante el tiempo necesario para la saneamiento. A continuación, en otra transmisión de calor según la invención, los lodos pueden refrigerarse a una temperatura de almacenamiento, por ejemplo, inferior a 50ºC. Es posible que, en este caso, se tome el calor para el calentamiento necesario para el saneamiento de la refrigeración posterior empleando una bomba térmica.

Como producto auxiliar, puede utilizarse, de grava sobre bolas de acero fino bien formadas con o sin revestimiento, cualquier sólido que sólo pueda diferenciarse por el tamaño del producto que debe tratarse, de modo que pueda separarse de éste. En el tratamiento de gases y líquidos, el tamaño tiene una importancia secundaria.

El aparato de transmisión de calor 1, como ya se mencionó, debe mezclar, de manera continua, los flujos de material A y F y comprobar que éstos permanezcan en contacto entre sí durante el tiempo de espera necesario. Esto se consigue normalmente cuando el aparato 1 adopta la función de transporte.

Sin embargo, también es posible un funcionamiento por lotes con una carga y un vaciado por lotes, donde, durante la mezcla del material con el producto auxiliar en el aparato de transmisión de calor, ya puede prepararse la siguiente carga de producto auxiliar en el aparato de acondicionamiento, mientras el último lote de material, todavía en un aparato de separación colocado individualmente, se separa del producto auxiliar.

El aparato de acondicionamiento puede ser, por ejemplo, un baño de agua, en el que se lleva el producto auxiliar a la temperatura deseada mediante una transmisión de calor convectiva. Sin embargo, también es posible acondicionar el producto auxiliar mediante la influencia artificial o natural indirecta (radiación solar, microondas, etcétera).

Leyendas de las ilustraciones adjuntas

A - Entrada del producto destinado al tratamiento

B - Salida del producto llevado a la temperatura deseada

C - Entrada del medio de calentamiento/enfria-
miento

D - Salida del medio de calentamiento/enfria-
miento

E - Transferencia del producto auxiliar de la transmisión de calor al acondicionamiento

F - Disposición del producto auxiliar acondicionado en el aparato de transmisión de calor

- Aparato de transmisión de calor en el que el producto que vaya a tratarse A se mezcla con el producto auxiliar acondicionado F y se lleva a la temperatura deseada y se transporta, antes de que pueda retirarse como producto B a la temperatura deseada.

- Aparato de transporte con el que el producto auxiliar E, que abandona junto con el producto B el aparato de transmisión de calor 1, se transporta a través del aparato de acondicionamiento 3 hasta la descarga como material acondicionado F de vuelta al aparato de transmisión de calor 1.

- Aparato de acondicionamiento en el que el producto auxiliar E se lleva a la condición deseada F utilizando el medio de calentamiento/enfriamiento C, antes de que vuelva a mezclarse con el producto que debe tratarse A.

Claims (9)

1. Procedimiento para la refrigeración o el calentamiento cuidadoso de lodos de depuración, los lodos de depuración se ponen en contacto con productos auxiliares transportados en un circuito, caracterizado porque, mediante la utilización de un medio de transporte, los lodos de depuración junto con los productos auxiliares añadidos pasan por una vía de transporte, los lodos de depuración y los productos auxiliares se reagrupan continuamente y se entremezclan durante el transporte para el intercambio de calor, y dichos productos auxiliares se separan de los lodos de depuración después de pasar por la vía de transporte, se regeneran y se devuelven al circuito.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza, como producto auxiliar, un relleno aislante de granos minerales, especialmente de grava de cuarzo.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza, como producto auxiliar, un relleno aislante de cuerpos metálicos, especialmente de bola de acero fino.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque los elementos parciales utilizados como productos auxiliares se diseñan como cuerpos huecos que contienen un medio que se evapora en el calentamiento del cuerpo hueco y que se condensa en la refrigeración del cuerpo hueco.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el medio de transporte es un tornillo sin fin de transporte.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el medio de transporte incluye una cascada de cintas transportadoras.

7. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los productos auxiliares se separan de los lodos de depuración mediante una placa ranurada.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque los productos auxiliares se expulsan del medio de transporte a un baño de agua para la regeneración, después de separarlos de los lodos de depuración.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque los productos auxiliares regenerados se retiran del baño de agua, se secan con soplado y se vuelven a añadir a los lodos de depuración.